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Fortschritte stimmen Gentherapeuten zuversichtlich

Beim 20. Jahrestreffen der Deutschen Gesellschaft für Gentherapie in Ulm diskutierten unlängst 200 Forscher über Hindernisse und Fortschritte der Gentherapie. Walter Pytlik sprach für die BIOPRO Baden-Württemberg mit dem Tagungsleiter Prof. Dr. Stefan Kochanek, Leiter der Abteilung Gentherapie an der Universität Ulm, der ein Resümee zog.

Diskutierten die Forscher mehr über Rück- oder Fortschritte?

Kontroversen gab es kaum, es überwog der Optimismus, weil es in vielen Bereichen Fortschritte gibt.

Wo ist der Fortschritt am spürbarsten?

Prof. Dr. Stefan Kochanek leitete die Tagung der Gentherapeuten. © BioRegionUlm/Pytlik

Bei den genetisch bedingten Erkrankungen des blutbildenden Systems, denn hier wird die Gentherapie vermutlich einen deutlich höheren Stellenwert erlangen.

Mittlerweile gibt es überzeugende Daten dafür, dass sich verschiedene genetisch bedingte Erkrankungen tatsächlich behandeln lassen. Und zwar dadurch, dass man Zellen des Patienten (Knochenmark- oder hämatopoietische Stammzellen) entnimmt, in Zellkultur mit Hilfe eines viralen Vektors den Gendefekt korrigiert, so dass das zuvor nicht produzierte oder veränderte Eiweiß nunmehr hergestellt wird. Diese veränderten Zellen geben wir in den Patienten zurück. 

Wir brauchen also für diese Therapie keinen externen Spender mehr.

Welche Probleme gab es vorher?

Zwar funktionierte die Genkorrektur im Prinzip. Aber bei einer Reihe von Fällen traten schwere Nebenwirkungen in Form von Leukämie auf, zunächst beobachtet bei Patienten mit SCID-X1*, aber auch bei anderen monogenetischen Erkrankungen wie nach Behandlung von Patienten mit Wiskott-Aldrich-Syndrom.

*SCID-X1: schwerer kombinierter Immundefekt mit Defekt in der γ-Kette des Interleukin-2-Rezeptors, Anm. d. Red., Quelle: Charité

Sind diese schweren Nebenwirkungen etwa verschwunden?

Man hat jetzt die Ursachen für diese Nebenwirkungen besser verstanden. Wir wissen, dass der eingesetzte gammaretrovirale Vektor, der in das Genom an bestimmten Stellen integriert, dort auch Onkogene aktiviert hat, was bei einigen Fällen Jahre später zu einer Leukämie geführt hat. Jetzt hat man ein neues Vektor-Design (SIN-Vektoren, self-inactivating) vorgenommen, auch ein anderes Virus als Basis für den Vektor genommen und so verändert, dass es offenbar nicht zu dieser Aktivierung von Onkogenen kommt.
Luigi Naldini aus Italien stellte eine größere klinische Studie an Kindern mit Wiskott-Aldrich-Syndrom vor, deren begleitende Untersuchungen zeigen, dass mit solchen Nebenwirkungen voraussichtlich nicht zu rechnen ist. Mit der Einschränkung, dass die Nachbeobachtungszeit noch etwas kurz ist, kann man diese Daten (erstmals veröffentlicht, Science 23.08.2013, Vol. 341/Nr. 6148, DOI: 10.1126/science.1233151, die Red.) durchaus als Durchbruch bezeichnen.

Inwiefern?

Möglicherweise ist in Zukunft die stabile genetische Veränderung eigener Zellen eine therapeutische Option für eine ganze Reihe genetisch bedingter Erkrankungen des blutbildenden Systems oder von Immunmangelerkrankungen, bei denen man bisher eine Knochenmarkstransplantation vornimmt.

Gibt es Fortschritte in anderen Indikationen?

Ja, bei lysosomalen Speicherkrankheiten, die auf Defekten der Lysosomen, Abbaufabriken in der Zelle, beruhen.  Bei vielen dieser Erkrankungen gibt es eine neurologische Ausprägung, die bei Kindern oder Jugendlichen bis zur Demenz führt, weil dieser lysosomale Abbau in bestimmten Zellen des Hirns (Mikrogliazellen oder Neuronen) dadurch gestört ist, dass in den Lysosomen bestimmte Enzyme fehlen.

Hierzu gibt es jetzt Daten einer aktuellen Studie zur metachromatischen Leukodystrophie. Hier werden Blutstammzellen mit einem lentiviralen Vektor genetisch verändert, um das fehlende Protein in sehr hoher Menge zu exprimieren. Einige dieser Zellen wandern offenbar über die Zeit ins Gehirn, produzieren dort das fehlende Protein, welches auch von benachbarten Zellen aufgenommen wird, und können offenbar somit den Defekt korrigieren.

Eine Tagungseinheit hieß ‚Genome Targeting‘. Was steckt dahinter?

Das ist eine interessante Technologie, mit der man auf Genom-Ebene bestimmte Mutationen einführen oder korrigieren kann. Hier kommen molekularbiologische Werkzeuge (Enzyme wie TALENs oder Zinkfingernukleasen) zum Einsatz, die eine Nukleinsäure-Sequenz an einer bestimmen Stelle der DNA erkennen und schneiden.

Sind diese molekularen Scheren schon anwendungsreif?

Noch muss ihre Spezifität erhöht werden, zumindest für die Anwendung in vivo. Sie erkennen zwar die zu schneidenden Stellen, schneiden aber auch an anderen Stellen der DNA. Dieses Risiko gilt es auszuschließen. Die ersten klinischen Studien mit außerhalb des Körpers genetisch veränderten T-Lymphozyten bei Patienten mit HIV-Infektion werden allerdings bereits durchgeführt.

Bei diesem Ansatz fällt das Risiko einer viralen Fähre weg, richtig?

Im Prinzip ja. Wir haben kein Integrationsereignis an einer zufälligen Stelle im Erbgut, wie das bei retroviralen Vektoren der Fall ist. Das lässt sich momentan auch nicht kontrollieren.

Einmal korrigiert, für immer geheilt. Für den Patienten der Idealfall, für die pharmazeutische Industrie eher nicht, oder?

Ganz seltene Erkrankungen sind für Pharma nicht so attraktiv, aber man kann sehr viel darüber lernen. Deshalb hat auch eine große Firma wie GlaxoSmithKline relativ viel in diese Technologie investiert und arbeitet mit der italienischen Arbeitsgruppe um Naldini zusammen. Big Pharma investiert durchaus in neue Verfahren wie zum Beispiel in onkolytische Viren, wie Amgen , das vor drei Jahren eine Milliarde Dollar für einen onkolytischen Impfstoff zur Behandlung fortgeschrittener Melanome bezahlte.

Gentherapie beschränkt sich also nicht auf monogenetische Erkrankungen…

Es gibt viele klinische Studien in der Onkologie mit vielen unterschiedlichen Ansätzen, jetzt sind es wieder vermehrt onkolytische Viren, auch genetische Vakzinierung. In der Tat gibt es gute Ergebnisse bei der Melanom-Therapie mit einem Herpes-simplex-Virus Typ 1 als onkolytisches, replizierendes Virus, das seine zerstörerische Kraft mit einer immunstimulierenden Funktion kombiniert. Dazu gibt es mehrere klinische Studien. Noch bewegen wir uns bei der Tumortherapie weitgehend in der Präklinik, wenn auch mehr und mehr klinische Studien bei Tumoren (zum Beispiel Glioblastom, Kolonkarzinom und anderen) durchgeführt werden.

Sie selbst haben das Pankreas-Karzinom in den Blick genommen.

Unser grundlagenorientierter Ansatz versucht onkolytische (Adeno-)Viren zu entwickeln, die sich im Tumor besser ausbreiten und ihn zerstören können. Dies erreichen wir nur, indem wir auch die vielen Bindegewebszellen in einem so harten Tumor, wie es beim Pankreaskarzinom der Fall ist, angehen.

Viren haben den Gentransfer perfektioniert. Gibt es darüber hinaus andere Vektorsysteme?

So bunt wie das von Stefanie Siering gestaltete Logo war auch die Themenvielfalt der Jahrestagung. © Kochanek / Uni Ulm

Synthetisch hergestellte Genfähren leiden bislang daran, dass sie relativ wenig effizient in die Zelle aufgenommen werden, zumindest in vivo. Im Vergleich zu viralen Vektoren gibt es Unterschiede in der Effizienz, die mehrere Log-Stufen ausmachen.

Ich will das generelle Problem der mangelnden Effizienz am Beispiel einer klinischen Studie zu Hämophilie B veranschaulichen, obwohl der verwendete virale Vektor zu den effizientesten Vektoren gehört.

Bei dieser angeborenen seltenen Krankheit fehlt der Gerinnungsfaktor IX. In der westlichen Welt werden diese Patienten regelmäßig mit Infusionen dieses Proteins behandelt. Dies erlaubt ihnen ein relativ gutes Leben, aber die Therapie ist teuer, kostet pro Jahr und Patient etwa 100.000 Euro.

Erste Studien zeigen, dass es unter Verwendung eines adenoassoziierten Virusvektors (AAV-Vektor), der dieses Faktor-IX-Protein transportiert, durch Infusion in die Vene zu einer Transduktion von Hepatozyten kommt und dort dieses Faktor-IX-Protein produziert wird.

Bei einigen Patienten ließ sich der Blutspiegel von Faktor IX messen, und diese Patienten waren nicht mehr von diesen Infusionen abhängig. Aber es müssen ungeheuer große Mengen des AAV-Vektors verwendet werden.

Was meinen Sie mit ungeheuer viel?

Die Zahl der Zellen im menschlichen Körper beträgt irgendetwas zwischen 1013 und 1014. Die injizierte Vektormenge war deutlich höher.

Warum sind so viele Partikel nötig?

Weil das meiste nicht in den Leberzellen landet, sondern wohl zur Beute von Makrophagen wird. Wir sehen einen therapeutischen Effekt, sind aber immer noch nicht besonders effizient.

Wie löst man dieses Problem?

Entweder wir verbessern die Effizienz dieser viralen Vektoren, etwas was wir versuchen, oder wir versuchen neue synthetische Systeme zu entwickeln. Viele Arbeitsgruppen treiben diese Entwicklung auf Basis eines synthetischen rationellen Designs voran, wie die von Ernst Wagner in München (LMU) oder von Tanja Weil in Ulm beispielsweise.

Welche Rolle spielt die Gentherapie in der baden-württembergischen Forschung?

Baden-Württemberg ist ein Zentrum für gentherapeutische Forschung. So zum Beispiel für Genome Targeting in Freiburg (Toni Cathomen), in Heidelberg dominiert die Translation, vor allem in der Onkologie (Christof von Kalle, Jean Rommelaere), es gibt mehrere gut aufgestellte AGs in der Tumortherapie, in Ulm dominiert die Vektorentwicklung.

Wo liegt der größte Optimierungsbedarf in der Gentherapie?

Die meisten, vielversprechendsten Ergebnisse erbrachten Ex-vivo-Modifikationen von Zellen mit retroviralen Vektoren. Einen großen Schub an Anwendungsbereichen wird es geben, wenn wir Vektoren entwickeln können, die eine verbesserte Effizienz in vivo haben, bei denen man also nicht Zellen entnehmen muss, die dann verändert und wieder appliziert werden, was mit einem großen Aufwand verbunden ist, sondern wenn wir Gene effizient in Zellen unserer Wahl einbringen können.

Was sind die wichtigsten Barrieren?

Injiziert man ein Virus in die Blutbahn, bewegt es sich nicht frei durch die Blutbahn und infiziert dann eine Zelle. Vielmehr interagiert dieses Virus sehr schnell mit allen möglichen Molekülen. Das meiste ‚entsorgt‘ der Körper, mehr als 99 Prozent innerhalb weniger Minuten. Ein besseres Verständnis dieser Interaktionen versetzt uns vielleicht in die Lage, die Situation zu verbessern. Das ist das Ziel vieler Arbeitsgruppen, auch unserer.

Die Fragen stellte Walter Pytlik, BioRegionUlm.

Literatur:
Anliker, B.; Renner, M.; Schweizer, M.: Insertionsonkogenese bei der Gentherapie monogenetischer Erbkrankheiten. In: Bulletin zur Arzneimittelsicherheit 2/Juni 2012, S. 22-26.

Glossar

  • Desoxyribonukleinsäure (DNS / DNA) trägt die genetische Information. In den Chromosomen liegt sie als hochkondensiertes, fadenförmiges Molekül vor.
  • Enzyme sind Katalysatoren in der lebenden Zelle. Sie ermöglichen den Ablauf der chemischen Reaktionen des Stoffwechsels bei Körpertemperatur.
  • Ein Expressionsvektor ist eine Genfähre, mit der man ein Gen für ein bestimmtes Protein in eine Wirtszelle (z.B. E. coli, Hefezellen) einschleusen kann. Außerdem ermöglicht der Expressionsvektor die Umsetzung des Gens in das Protein in der Wirtszelle, da er alle nötigen Regulationselemente hierfür enthält.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Mit Insertion ist im biologischen Zusammenhang meist das Einfügen von DNA-Abschnitten in ein anderes DNA-Molekül gemeint.
  • Interleukine sind Proteine, die als Botenstoffe die Immunantwort stimulieren. Sie regen u. a. die Teilung der B-Lymphozyten an, die für die Produktion von Antikörpern sorgen.
  • Lymphozyten sind eine Klasse der weißen Blutkörperchen, die in B- und T-Lymphozyten unterteilt werden und bei der Immunantwort des Körpers unterschiedliche Funktionen übernehmen (z. B. produzieren B-Lymphozyten Antikörper).
  • Mit dem Begriff Mutation wird jede Veränderung des Erbguts bezeichnet (z. B. Austausch einer Base; Umstellung einzelner DNA-Abschnitte, Einfügung zusätzlicher Basen, Verlust von Basen oder ganzen DNA-Abschnitten). Mutationen kommen ständig in der Natur vor (z. B. ausgelöst durch UV-Strahlen, natürliche Radioaktivität) und sind die Grundlage der Evolution.
  • Nukleinsäure ist der Oberbegriff für DNA und/oder RNA.
  • Proteine (oder auch Eiweiße) sind hochmolekulare Verbindung aus Aminosäuren. Sie übernehmen vielfältige Funktionen in der Zelle und stellen mehr als 50 % der organischen Masse.
  • Rezeptoren sind Moleküle, die u. a. auf Zelloberflächen anzutreffen sind und die in der Lage sind, ein genau definiertes Molekül – ihren Liganden – zu binden. Das Zusammentreffen von Ligand und Rezeptor kann eine Abfolge von Reaktionen innerhalb der Zelle auslösen.
  • Die somatischen Gentherapie dient der Kompensation von Gendefekten. Dabei wird die korrekte Form des defekten Gen in Körperzellen eingeschleust.
  • Transduktion hat im biologischen Kontext zwei Bedeutungen: 1) Bei der Signaltransduktion wird ein äußerer Reiz (z.B. Licht) in ein physiologisches Signal (Nervenimpuls) umgewandelt und zum Gehirn weitergeleitet. Zum anderen wird aber auch die Vermittlung eines Signals in eine Zelle (z.B. Hormonwirkung) als Signaltransduktion bezeichnet. 2) In der Genetik ist mit dem Begriff Transduktion die Übertragung von DNA durch Viren von einem Bakterium auf das andere gemeint. Dieser natürlichen Vorgang wird auch in der Gentechnik angewandt.
  • Translation im biologischen Sinn ist der Prozess, bei dem die Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz des Proteins übersetzt (translatiert) wird. Dieser Vorgang findet an den Ribosomen statt. Nach der Vorlage eines einzigen mRNA-Moleküls können zahlreiche Proteinmoleküle synthetisiert werde
  • Ein Vakzin ist ein Impfstoff. Dieser besteht aus toten oder abgeschwächten Erregern (oder deren antigenen Determinanten), durch deren Verwendung Immunität gegen diese Pathogene im Körper erzeugt wird.
  • Ein Vektor ist ein DNA-Vehikel, das sich in einer Zelle autonom replizieren (vervielfältigen) kann und mit dessen Hilfe Fremd-DNA in eine Zelle eingeschleust wird. Vektoren (Plasmid, Phage oder Virus) sind wichtige Werkzeuge der Gentechnik zum Klonieren rekombinanter DNA.
  • Ein Virus ist ein infektiöses Partikel (keine Zelle!), das aus einer Proteinhülle und aus einem Genom (DNA oder RNA) besteht. Um sich vermehren zu können, ist es vollständig auf die Stoffwechsel der lebenden Zellen des Wirtsorganismus angewiesen (z.B. Bakterien bei Phagen, Leberzellen beim Hepatitis-A-Virus).
  • HIV ist die Abkürzung für Humaner Immundefizienz Virus, dem Auslöser von AIDS. Dabei handelt es sich um einen Retrovirus, dessen genetisches Material aus RNA besteht.
  • Neuron ist der Fachausdruck für Nervenzelle. Diese besteht aus einem Zellkörper, einem Axon und Dendriten.
  • Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur unbegrenzten Zellteilung besitzen und die sich zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren können. Stammzellen können aus Embryonen, fötalem Gewebe und aus dem Gewebe Erwachsener gewonnen werden. In Deutschland ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen verboten.
  • Eine Zellkultur ist ein Pool von gleichartigen Zellen, die aus mehrzelligen Organismen isoliert wurden und in künstlichem Nährmedium für Forschungsexperimente im Labor (in vitro) gehalten werden.
  • Onkologie ist die Wissenschaft, die sich mit Krebs befasst. Im engeren Sinne ist Onkologie der Zweig der Medizin, der sich der Prävention, Diagnostik, Therapie und Nachsorge von malignen Erkrankungen widmet.
  • Ein Tumor ist eine Gewebsschwellung durch abnormales Zellwachstum, die gutartig oder bösartig sein kann. Gutartige (benigne) Tumore sind örtlich begrenzt, während Zellen bösartiger (maligner) Tumore abgesiedelt werden können und in andere Gewebe eindringen können, wo sie Tochtergeschwulste (Metastasen) verursachen.
  • Leukämie ist eine bösartige Erkrankung (Krebs) des blutbildenden Systems. Durch die vermehrte Bildung entarteter weißer Blutkörperchen und ihrer Vorstufen wird die Blutbildung im Knochenmark gestört. Andere Blutbestandteile werden verdrängt und es kommt dadurch zu Anämie (Blutarmut), Infektionen und Blutungen, die letztlich zum Tod führen, wenn die Leukämie nicht behandelt wird.
  • Pankreas ist ein anderer Begriff für Bauchspeicheldrüse. Diese quer im Oberbauch liegende Drüse produziert zum einen bestimmte Verdauungsenzyme, die in den Dünndarm abgegeben werden und zum anderen verschiedene Hormone, wie Insulin und Glucagon, die von dort aus in den Blutkreislauf gelangen.
  • Der schwere kombinierte Immundefekt (SCID) ist eine aufgrund eines Mangels an T-Lymphozyten angeborene Störung der zellulären Immunantwort. SCID-erkrankte Kinder haben schon früh wiederholte schwere Infektionen; die Patienten müssen in totaler Isolierung leben, da schon relativ harmlose Ansteckungen tödlich verlaufen können. Geheilt werden kann SCID bisher nur durch Knochenmarkstransplantation. Versuche, die Erkrankung durch Gentherapie zu heilen scheiterten aufgrund der Entstehung akuter Leukämien.
  • Ein Pankreaskarzinom ist ein Tumor der Bauchspeicheldrüse.
  • Ein Melanom ist eine Entartung der Pigmentzellen der Haut (Melanozyten). Die bösartige Form, das sogenannte maligne Melanom, wird auch schwarzer Hautkrebs genannt und ist ein Tumor, der tendenziell schon früh Tochtergeschwulste (Metastasen) bildet und daher als äußerst gefährlich gilt.
  • T-Lymphozyten oder kurz T-Zellen sind wichtige Zellen der Immunabwehr (weiße Blutkörperchen), die Fremdstoffe (Antigene) erkennen, wenn sie an die Oberfläche anderer Zellen gebunden sind. T-Lymphozyten sind zusammen mit B-Lymphozyten an der erworbenen (adaptiven) Immunantwort beteiligt, d.h. sie reagieren spezifisch auf einen Erreger.
  • Vakzinierung ist ein anderes Wort für Impfung.
  • Das Glioblastom oder auch Gliom ist eine sehr bösartige und schnell wachsende Krebserkrankung der Stützzellen (Gliazellen) des Gehirns. Damit ist diese Art von Hirntumor ein primärer (das heißt vom Hirngewebe selbst ausgehender) Tumor und keine metastatische Absiedlung.
  • Demenz ist eine neuronale Erkrankung, bei der es zu einer fortschreitenden Einschränkung der Leistungsfähigkeit des Gehirns kommt. Betroffen sind vor allem das Kurzzeitgedächtnis, das Denkvermögen, die Sprache und die Motorik. Nur bei einigen Formen verändert sich auch die Persönlichkeitsstruktur.
  • Als Target (engl.:Ziel) werden Biomoleküle bezeichnet, an die Wirkstoffe binden können. Targets können Rezeptoren, Enzyme oder Ionenkanäle sein. Die Interaktion zwischen Wirkstoff und Target löst eine Wirkstoff-Target-spezifische Reaktion aus. Die Identifikation eines Targets ist für die biomedizinische und pharmazeutische Forschung von großer Bedeutung. Erkenntnisse über spezifische Wechselwirkungen helfen grundlegende molekularbiologische Vorgänge zu verstehen und neue Angriffpunkte für Arzneimittel zu identifizieren.
  • Als Hepatozyten werden auch die Leberepithelzellen bezeichnet. Sie sind metabolisch sehr aktiv und für viele wichtige Stoffwechselvorgänge in der Leber zuständig.

Glossar

  • Desoxyribonukleinsäure (DNS / DNA) trägt die genetische Information. In den Chromosomen liegt sie als hochkondensiertes, fadenförmiges Molekül vor.
  • Enzyme sind Katalysatoren in der lebenden Zelle. Sie ermöglichen den Ablauf der chemischen Reaktionen des Stoffwechsels bei Körpertemperatur.
  • Ein Expressionsvektor ist eine Genfähre, mit der man ein Gen für ein bestimmtes Protein in eine Wirtszelle (z.B. E. coli, Hefezellen) einschleusen kann. Außerdem ermöglicht der Expressionsvektor die Umsetzung des Gens in das Protein in der Wirtszelle, da er alle nötigen Regulationselemente hierfür enthält.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Mit Insertion ist im biologischen Zusammenhang meist das Einfügen von DNA-Abschnitten in ein anderes DNA-Molekül gemeint.
  • Interleukine sind Proteine, die als Botenstoffe die Immunantwort stimulieren. Sie regen u. a. die Teilung der B-Lymphozyten an, die für die Produktion von Antikörpern sorgen.
  • Lymphozyten sind eine Klasse der weißen Blutkörperchen, die in B- und T-Lymphozyten unterteilt werden und bei der Immunantwort des Körpers unterschiedliche Funktionen übernehmen (z. B. produzieren B-Lymphozyten Antikörper).
  • Lytisch zu sein ist die Eigenschaft eines Bakteriophagen, seine Wirtszelle bei der Infektion zu zerstören.
  • Eine monogenetische Erkrankung ist ein von einem einzigen defekten Gen ausgelöstes Erbleiden.
  • Mit dem Begriff Mutation wird jede Veränderung des Erbguts bezeichnet (z. B. Austausch einer Base; Umstellung einzelner DNA-Abschnitte, Einfügung zusätzlicher Basen, Verlust von Basen oder ganzen DNA-Abschnitten). Mutationen kommen ständig in der Natur vor (z. B. ausgelöst durch UV-Strahlen, natürliche Radioaktivität) und sind die Grundlage der Evolution.
  • Nukleinsäure ist der Oberbegriff für DNA und/oder RNA.
  • Proteine (oder auch Eiweiße) sind hochmolekulare Verbindung aus Aminosäuren. Sie übernehmen vielfältige Funktionen in der Zelle und stellen mehr als 50 % der organischen Masse.
  • Replikation ist der biologische Fachbegriff für die Verdoppelung der DNA-Doppelhelix.
  • Rezeptoren sind Moleküle, die u. a. auf Zelloberflächen anzutreffen sind und die in der Lage sind, ein genau definiertes Molekül – ihren Liganden – zu binden. Das Zusammentreffen von Ligand und Rezeptor kann eine Abfolge von Reaktionen innerhalb der Zelle auslösen.
  • Nukleotidsequenzen sind Abfolgen der Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin auf der DNA (bzw. Uracil statt Thymin bei RNA).
  • Die somatischen Gentherapie dient der Kompensation von Gendefekten. Dabei wird die korrekte Form des defekten Gen in Körperzellen eingeschleust.
  • Transduktion hat im biologischen Kontext zwei Bedeutungen: 1) Bei der Signaltransduktion wird ein äußerer Reiz (z.B. Licht) in ein physiologisches Signal (Nervenimpuls) umgewandelt und zum Gehirn weitergeleitet. Zum anderen wird aber auch die Vermittlung eines Signals in eine Zelle (z.B. Hormonwirkung) als Signaltransduktion bezeichnet. 2) In der Genetik ist mit dem Begriff Transduktion die Übertragung von DNA durch Viren von einem Bakterium auf das andere gemeint. Dieser natürlichen Vorgang wird auch in der Gentechnik angewandt.
  • Translation im biologischen Sinn ist der Prozess, bei dem die Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz des Proteins übersetzt (translatiert) wird. Dieser Vorgang findet an den Ribosomen statt. Nach der Vorlage eines einzigen mRNA-Moleküls können zahlreiche Proteinmoleküle synthetisiert werde
  • Ein Vakzin ist ein Impfstoff. Dieser besteht aus toten oder abgeschwächten Erregern (oder deren antigenen Determinanten), durch deren Verwendung Immunität gegen diese Pathogene im Körper erzeugt wird.
  • Ein Vektor ist ein DNA-Vehikel, das sich in einer Zelle autonom replizieren (vervielfältigen) kann und mit dessen Hilfe Fremd-DNA in eine Zelle eingeschleust wird. Vektoren (Plasmid, Phage oder Virus) sind wichtige Werkzeuge der Gentechnik zum Klonieren rekombinanter DNA.
  • Ein Virus ist ein infektiöses Partikel (keine Zelle!), das aus einer Proteinhülle und aus einem Genom (DNA oder RNA) besteht. Um sich vermehren zu können, ist es vollständig auf die Stoffwechsel der lebenden Zellen des Wirtsorganismus angewiesen (z.B. Bakterien bei Phagen, Leberzellen beim Hepatitis-A-Virus).
  • HIV ist die Abkürzung für Humaner Immundefizienz Virus, dem Auslöser von AIDS. Dabei handelt es sich um einen Retrovirus, dessen genetisches Material aus RNA besteht.
  • Neuron ist der Fachausdruck für Nervenzelle. Diese besteht aus einem Zellkörper, einem Axon und Dendriten.
  • Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur unbegrenzten Zellteilung besitzen und die sich zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren können. Stammzellen können aus Embryonen, fötalem Gewebe und aus dem Gewebe Erwachsener gewonnen werden. In Deutschland ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen verboten.
  • Eine Zellkultur ist ein Pool von gleichartigen Zellen, die aus mehrzelligen Organismen isoliert wurden und in künstlichem Nährmedium für Forschungsexperimente im Labor (in vitro) gehalten werden.
  • Onkologie ist die Wissenschaft, die sich mit Krebs befasst. Im engeren Sinne ist Onkologie der Zweig der Medizin, der sich der Prävention, Diagnostik, Therapie und Nachsorge von malignen Erkrankungen widmet.
  • Ein Tumor ist eine Gewebsschwellung durch abnormales Zellwachstum, die gutartig oder bösartig sein kann. Gutartige (benigne) Tumore sind örtlich begrenzt, während Zellen bösartiger (maligner) Tumore abgesiedelt werden können und in andere Gewebe eindringen können, wo sie Tochtergeschwulste (Metastasen) verursachen.
  • Die Molekularbiologie beschäftigt sich mit der Struktur, Biosynthese und Funktion von DNA und RNA und und deren Interaktion miteinander und mit Proteinen. Mit Hilfe von molekularbiologischen Daten ist es zum Beispiel möglich, die Ursache von Krankheiten besser zu verstehen und die Wirkungsweise von Medikamenten zu optimieren.
  • Die Expression ist die Biosynthese eines Genprodukts (= Umsetzung der genetischen Information in Proteine). Sie erfolgt in der Regel als Transkription von DNA zu mRNA und anschließender Translation von mRNA zu Protein.
  • Leukämie ist eine bösartige Erkrankung (Krebs) des blutbildenden Systems. Durch die vermehrte Bildung entarteter weißer Blutkörperchen und ihrer Vorstufen wird die Blutbildung im Knochenmark gestört. Andere Blutbestandteile werden verdrängt und es kommt dadurch zu Anämie (Blutarmut), Infektionen und Blutungen, die letztlich zum Tod führen, wenn die Leukämie nicht behandelt wird.
  • Pankreas ist ein anderer Begriff für Bauchspeicheldrüse. Diese quer im Oberbauch liegende Drüse produziert zum einen bestimmte Verdauungsenzyme, die in den Dünndarm abgegeben werden und zum anderen verschiedene Hormone, wie Insulin und Glucagon, die von dort aus in den Blutkreislauf gelangen.
  • Der schwere kombinierte Immundefekt (SCID) ist eine aufgrund eines Mangels an T-Lymphozyten angeborene Störung der zellulären Immunantwort. SCID-erkrankte Kinder haben schon früh wiederholte schwere Infektionen; die Patienten müssen in totaler Isolierung leben, da schon relativ harmlose Ansteckungen tödlich verlaufen können. Geheilt werden kann SCID bisher nur durch Knochenmarkstransplantation. Versuche, die Erkrankung durch Gentherapie zu heilen scheiterten aufgrund der Entstehung akuter Leukämien.
  • Ein Pankreaskarzinom ist ein Tumor der Bauchspeicheldrüse.
  • Ein Melanom ist eine Entartung der Pigmentzellen der Haut (Melanozyten). Die bösartige Form, das sogenannte maligne Melanom, wird auch schwarzer Hautkrebs genannt und ist ein Tumor, der tendenziell schon früh Tochtergeschwulste (Metastasen) bildet und daher als äußerst gefährlich gilt.
  • T-Lymphozyten oder kurz T-Zellen sind wichtige Zellen der Immunabwehr (weiße Blutkörperchen), die Fremdstoffe (Antigene) erkennen, wenn sie an die Oberfläche anderer Zellen gebunden sind. T-Lymphozyten sind zusammen mit B-Lymphozyten an der erworbenen (adaptiven) Immunantwort beteiligt, d.h. sie reagieren spezifisch auf einen Erreger.
  • Vakzinierung ist ein anderes Wort für Impfung.
  • Kolon-Karzinom ist der medizinische Fachbegriff für Darmkrebs.
  • Das Glioblastom oder auch Gliom ist eine sehr bösartige und schnell wachsende Krebserkrankung der Stützzellen (Gliazellen) des Gehirns. Damit ist diese Art von Hirntumor ein primärer (das heißt vom Hirngewebe selbst ausgehender) Tumor und keine metastatische Absiedlung.
  • Die Neurologie ist ein Teilgebiet der Medizin und befasst sich mit den Erkrankungen des Nervensystems.
  • Demenz ist eine neuronale Erkrankung, bei der es zu einer fortschreitenden Einschränkung der Leistungsfähigkeit des Gehirns kommt. Betroffen sind vor allem das Kurzzeitgedächtnis, das Denkvermögen, die Sprache und die Motorik. Nur bei einigen Formen verändert sich auch die Persönlichkeitsstruktur.
  • Koagulationsfaktoren (Gerinnungsfaktoren) sind Stoffe, meist Proteine, die an der Blutgerinnung beteiligt sind.
  • Als Target (engl.:Ziel) werden Biomoleküle bezeichnet, an die Wirkstoffe binden können. Targets können Rezeptoren, Enzyme oder Ionenkanäle sein. Die Interaktion zwischen Wirkstoff und Target löst eine Wirkstoff-Target-spezifische Reaktion aus. Die Identifikation eines Targets ist für die biomedizinische und pharmazeutische Forschung von großer Bedeutung. Erkenntnisse über spezifische Wechselwirkungen helfen grundlegende molekularbiologische Vorgänge zu verstehen und neue Angriffpunkte für Arzneimittel zu identifizieren.
  • Als Transplantation bezeichnet man die Verpflanzung eines Transplantates (Zellen, Gewebe Organe). Es gibt verschiedene Transplantationsarten, die sich nach Herkunft, Funktion und Ort einteilen lassen. So wird bei einer xenogenen Transplantation ein Organ einer anderen Art transplantiert, während dagegen bei einer allogenen der Spender von einer Art stammt. Daneben gibt es noch die autologe Transplantation, bei der Spender und Empfänger dasselbe Individuum sind. Ist der Spender der eineiige Zwilling so spricht man von einer syngenen Transplantation. Eine alloplastische Transplantation wird das Transplantieren von künstlichem Material genannt. Bei Transplantationen werden Immunsuppressiva verabreicht, um die natürliche Abwehrreaktion des Körpers gegenüber Fremdstoffen zu unterbinden und damit das Transplantat im Körper zu erhalten. Die Zulässigkeit der Organspenden wird durch das Transplantationsgesetz (TPG) seit 1997 in Deutschland geregelt. Tritt Hirntod ein, muss ein Familienangehöriger der Entnahme zustimmen oder ein entsprechender Organspendeausweis des Spenders vorliegen. Am Häufigsten werden heutzutage Niere, Augenhornhaut, Herz und Leber transplantiert.
  • Als Hepatozyten werden auch die Leberepithelzellen bezeichnet. Sie sind metabolisch sehr aktiv und für viele wichtige Stoffwechselvorgänge in der Leber zuständig.
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